JP3173756B2 - コイルばねの製造方法 - Google Patents
コイルばねの製造方法Info
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- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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- C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
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- F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
- F16F1/021—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車のエンジンの弁
ばね、自動車の懸荷ばね、駆動系部品であるクラッチデ
スクのトーションばねなどに使用され高強度高耐疲労性
のコイルばねの製造方法に関する。
ばね、自動車の懸荷ばね、駆動系部品であるクラッチデ
スクのトーションばねなどに使用され高強度高耐疲労性
のコイルばねの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用エンジンの高出力化及び車体の
軽量化のため、エンジンの弁ばね、自動車の懸荷ばね、
駆動系部品であるコイルばねは、高強度性および高耐疲
労性が要求されている。高強度ばねを製造する方法とし
ては、ばね用鉄鋼線材を線引き後、焼入れ焼戻しを行っ
た引張り強度が高いオイルテンパー線を用いコイリング
成形、熱処理、研削、ショットピーニングによる残留応
力付与処理をし、その後研磨処理して表面最大粗さを低
減させる各工程を実施する方法が知られている。
軽量化のため、エンジンの弁ばね、自動車の懸荷ばね、
駆動系部品であるコイルばねは、高強度性および高耐疲
労性が要求されている。高強度ばねを製造する方法とし
ては、ばね用鉄鋼線材を線引き後、焼入れ焼戻しを行っ
た引張り強度が高いオイルテンパー線を用いコイリング
成形、熱処理、研削、ショットピーニングによる残留応
力付与処理をし、その後研磨処理して表面最大粗さを低
減させる各工程を実施する方法が知られている。
【０００３】たとえば、特開平４−２４７８２４号公報
には、引張り強度１９６０Ｎ／ｍｍ 2 以上の高強度の焼
入・焼戻鋼のオイルテンパー線を１００〜５５０℃で温
間コイリングによる高強度ばねの製造方法の開示があ
る。この方法で使用する温間コイリングマシンの設置に
は、多額の費用がかかる。また、温間コイリングでもＤ
／ｄ≦４のばねは成形困難の場合がある。
には、引張り強度１９６０Ｎ／ｍｍ 2 以上の高強度の焼
入・焼戻鋼のオイルテンパー線を１００〜５５０℃で温
間コイリングによる高強度ばねの製造方法の開示があ
る。この方法で使用する温間コイリングマシンの設置に
は、多額の費用がかかる。また、温間コイリングでもＤ
／ｄ≦４のばねは成形困難の場合がある。
【０００４】また、特開平５−１７９３４８号公報に
は、冷間コイリング用線材を９００〜１０５０℃で熱間
コイリングによりコイルを成形し、その後焼戻し処理し
て冷間コイリング成形と同等の高強度、高耐疲労特性を
もつコイルばねの製造方法の開示がある。この方法も熱
間コイリングマシンが必要で設置には、多額の費用がか
かる。
は、冷間コイリング用線材を９００〜１０５０℃で熱間
コイリングによりコイルを成形し、その後焼戻し処理し
て冷間コイリング成形と同等の高強度、高耐疲労特性を
もつコイルばねの製造方法の開示がある。この方法も熱
間コイリングマシンが必要で設置には、多額の費用がか
かる。
【０００５】さらに、特開平５−３３９７６３号公報に
は酸化皮膜を有するオイルテンパー線をコイリング成形
し、熱処理し、表面最大粗さＲmax ５μｍ以下となるよ
うにデスケール処理、窒化処理、ショットピーニングに
よる残留応力付与処理することにより、残留応力付与処
理工程後に表面研磨工程を要しない方法が開示されてい
る。
は酸化皮膜を有するオイルテンパー線をコイリング成形
し、熱処理し、表面最大粗さＲmax ５μｍ以下となるよ
うにデスケール処理、窒化処理、ショットピーニングに
よる残留応力付与処理することにより、残留応力付与処
理工程後に表面研磨工程を要しない方法が開示されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のコイルばねの製
造方法は、このオイルテンパー線を使用してコイリング
成形、熱処理、研削、窒化、ショットピーニングを順次
行っている。しかしこのオイルテンパー線は引張強度が
１９６０〜２１６０（Ｎ／ｍｍ2 ）と高いため冷間コイ
リングが難しく、コイリング時に折損が多発する問題が
ある。
造方法は、このオイルテンパー線を使用してコイリング
成形、熱処理、研削、窒化、ショットピーニングを順次
行っている。しかしこのオイルテンパー線は引張強度が
１９６０〜２１６０（Ｎ／ｍｍ2 ）と高いため冷間コイ
リングが難しく、コイリング時に折損が多発する問題が
ある。
【０００７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、冷間コイリングでも折損の少ない耐疲労性に優れた
高強度のコイルバネを製造する方法を提供することを目
的とする。
で、冷間コイリングでも折損の少ない耐疲労性に優れた
高強度のコイルバネを製造する方法を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、耐疲労性
を高める手段及び強度を高める方法を十分検討した結
果、オイルテンパー線に高温焼戻しを施した焼鈍し線と
することにより冷間コイリング成形をより容易と、焼入
れ焼戻し、研削、ガス窒化、２段ショットピーニング、
低温焼鈍を順次行う事により高強度高耐疲労のばねとす
ることができることを見いだした。特に特定組成の合金
を用いて、上記の工程を順次行う事により高強度高耐疲
労のばねが形成できることを見出して完成されたもので
ある。
を高める手段及び強度を高める方法を十分検討した結
果、オイルテンパー線に高温焼戻しを施した焼鈍し線と
することにより冷間コイリング成形をより容易と、焼入
れ焼戻し、研削、ガス窒化、２段ショットピーニング、
低温焼鈍を順次行う事により高強度高耐疲労のばねとす
ることができることを見いだした。特に特定組成の合金
を用いて、上記の工程を順次行う事により高強度高耐疲
労のばねが形成できることを見出して完成されたもので
ある。
【０００９】すなわち、本発明のコイルばねの製造方法
は、Ｃ；０．３０〜０．５０重量％と、Ｓｉ；１．００
〜２．５０重量％と、次の第一金属群を構成するＭｎ；
０．３０〜１．５０重量％、Ｎｉ；１．００〜４．００
重量％、Ｃｒ；０．５０〜２．５０重量％およびＭｏ；
０．１０〜１．００重量％より選ばれる少なくとも２種
の第一金属と、次の第二金属群を構成するＶ；０．０５
〜０．６０重量％およびＮｂ；０．０５〜０．６０重量
％の少なくとも１種の第二金属とを含有し、残部は実質
的にＦｅからなり、冷間伸線した線材をオイルテンパー
処理し、その後、高温焼戻して引張強度σb ＝１３７０
〜１６７０Ｎ／ｍｍ2 の焼鈍し線材とし、この焼鈍し線
材を冷間コイリング、焼入れ焼戻し、研削、ガス窒化、
高強度２段ショットピーニング、低温焼鈍を順次おこな
うことを特徴とする。
は、Ｃ；０．３０〜０．５０重量％と、Ｓｉ；１．００
〜２．５０重量％と、次の第一金属群を構成するＭｎ；
０．３０〜１．５０重量％、Ｎｉ；１．００〜４．００
重量％、Ｃｒ；０．５０〜２．５０重量％およびＭｏ；
０．１０〜１．００重量％より選ばれる少なくとも２種
の第一金属と、次の第二金属群を構成するＶ；０．０５
〜０．６０重量％およびＮｂ；０．０５〜０．６０重量
％の少なくとも１種の第二金属とを含有し、残部は実質
的にＦｅからなり、冷間伸線した線材をオイルテンパー
処理し、その後、高温焼戻して引張強度σb ＝１３７０
〜１６７０Ｎ／ｍｍ2 の焼鈍し線材とし、この焼鈍し線
材を冷間コイリング、焼入れ焼戻し、研削、ガス窒化、
高強度２段ショットピーニング、低温焼鈍を順次おこな
うことを特徴とする。
【００１０】本発明で使用される線材は、Ｃ、Ｓｉと、
第一金属群を構成するＭｎ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏから
選ばれる少なくとも２種の第一金属と、第二金属群を構
成するＶ、Ｎｂから選ばれる少なくとも１種の第二金属
とを含み残部は実質的にＦｅからなる。炭素（Ｃ）は焼
入れ・焼戻し鋼線の強度（硬さ）を左右する元素で、
０．５５％未満では必要な強度が得られず、０．７５％
を超えて添加してもそれ以上強度上の利点が無いので上
限を０．７５％とした。珪素（Ｓｉ）は、フェライト地
に固溶し強度を上げ耐疲労性を確保するために必要で
１．００％以上必要であるが、２．５０％を越すと靱性
の低下をもたらすと共に、製造時の脱炭が著しくなるの
で好ましくない。
第一金属群を構成するＭｎ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏから
選ばれる少なくとも２種の第一金属と、第二金属群を構
成するＶ、Ｎｂから選ばれる少なくとも１種の第二金属
とを含み残部は実質的にＦｅからなる。炭素（Ｃ）は焼
入れ・焼戻し鋼線の強度（硬さ）を左右する元素で、
０．５５％未満では必要な強度が得られず、０．７５％
を超えて添加してもそれ以上強度上の利点が無いので上
限を０．７５％とした。珪素（Ｓｉ）は、フェライト地
に固溶し強度を上げ耐疲労性を確保するために必要で
１．００％以上必要であるが、２．５０％を越すと靱性
の低下をもたらすと共に、製造時の脱炭が著しくなるの
で好ましくない。
【００１１】第一金属群を構成するマンガン（Ｍｎ）は
焼入れ性を高め、熱処理後の強度と靱性を確保するため
の元素である。また、第一金属群を構成するニッケル
（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）およびモリブデン（Ｍｏ）
も、焼入れ性を上げ、あるいは焼戻し軟化抵抗を高め、
あるいは微細な炭化物を析出することにより、ばねの強
度と靱性を向上せしめる元素である。これら第一金属群
の金属は少なくとも２種類の第一金属を複合して配合す
ることが必要である。
焼入れ性を高め、熱処理後の強度と靱性を確保するため
の元素である。また、第一金属群を構成するニッケル
（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）およびモリブデン（Ｍｏ）
も、焼入れ性を上げ、あるいは焼戻し軟化抵抗を高め、
あるいは微細な炭化物を析出することにより、ばねの強
度と靱性を向上せしめる元素である。これら第一金属群
の金属は少なくとも２種類の第一金属を複合して配合す
ることが必要である。
【００１２】Ｍｎは０．３０％以上必要であるが、１．
５０％を超えて添加した場合は靱性が損なわれるので避
けなければならない。Ｎｉは１．００〜４．００％添加
することが必要であり、１．００％未満ではその効果が
得られず、４．００％を超えて添加してもそれ以上の効
果が得られない。Ｃｒは０．５０％以上の添加が必要で
あり、２．５０％を超えると「へたり」性が劣化するの
で避けなければならない。Ｍｏは焼戻し軟化抵抗を高
め、また微細な炭化物を析出することにより、ばねに強
度と靱性を付与する効果もあるため、０．１０〜１．０
０％添加するが０．０１％未満ではその効果が認められ
ず、また１．００％を超えても効果が飽和してしまうの
で好ましくない。
５０％を超えて添加した場合は靱性が損なわれるので避
けなければならない。Ｎｉは１．００〜４．００％添加
することが必要であり、１．００％未満ではその効果が
得られず、４．００％を超えて添加してもそれ以上の効
果が得られない。Ｃｒは０．５０％以上の添加が必要で
あり、２．５０％を超えると「へたり」性が劣化するの
で避けなければならない。Ｍｏは焼戻し軟化抵抗を高
め、また微細な炭化物を析出することにより、ばねに強
度と靱性を付与する効果もあるため、０．１０〜１．０
０％添加するが０．０１％未満ではその効果が認められ
ず、また１．００％を超えても効果が飽和してしまうの
で好ましくない。
【００１３】第二金属群を構成するバナジウム（Ｖ）お
よびニオブ（Ｎｂ）は結晶粒の微細化、析出硬化によ
り、強度の向上、へたり性の改善をおこなうために添加
する元素であり、０．０５〜０．６０％以下の範囲で１
種または２種を複合して配合する。それぞれの成分の配
合量が、０．０５％未満では効果がなく、０．６０％を
超えて配合しても効果は飽和する。
よびニオブ（Ｎｂ）は結晶粒の微細化、析出硬化によ
り、強度の向上、へたり性の改善をおこなうために添加
する元素であり、０．０５〜０．６０％以下の範囲で１
種または２種を複合して配合する。それぞれの成分の配
合量が、０．０５％未満では効果がなく、０．６０％を
超えて配合しても効果は飽和する。
【００１４】この鉄鋼材は、たとえば、疵加工、熱間圧
延、皮むき、焼鈍し、冷間伸線の工程を順におこなうこ
とによりコイルばね製造用の冷間線材に加工することが
できる。従来の冷間伸線により得られる硬引き線は、引
張り強さσb ＝１０８０〜１３２０Ｎ／ｍｍ2 程度であ
る。この硬引き線のφ３．２ｍｍの線材で、その絞りは
約３８％程度で表面には伸線用パウダーの残りや燐酸塩
皮膜が存在する。この伸線をコイリング加工すると、伸
線表面の潤滑が悪くコイル外周に疵が発生し、かつ引張
強度が低いので、線のつぶれによる変形が発生する。こ
のためこの硬引き線をそのまま使用するのは好ましくな
い。さらにこの線材はコイリング加工後に、焼入れ焼戻
しの熱処理が必要である。
延、皮むき、焼鈍し、冷間伸線の工程を順におこなうこ
とによりコイルばね製造用の冷間線材に加工することが
できる。従来の冷間伸線により得られる硬引き線は、引
張り強さσb ＝１０８０〜１３２０Ｎ／ｍｍ2 程度であ
る。この硬引き線のφ３．２ｍｍの線材で、その絞りは
約３８％程度で表面には伸線用パウダーの残りや燐酸塩
皮膜が存在する。この伸線をコイリング加工すると、伸
線表面の潤滑が悪くコイル外周に疵が発生し、かつ引張
強度が低いので、線のつぶれによる変形が発生する。こ
のためこの硬引き線をそのまま使用するのは好ましくな
い。さらにこの線材はコイリング加工後に、焼入れ焼戻
しの熱処理が必要である。
【００１５】また、冷間伸線をオイルテンパー処理した
線材は、引張り強さσb ＝１９６０〜２１６０Ｎ／ｍｍ
2 となり、伸線はφ３．２ｍｍの線材で絞りが約４０％
程度である。このオイルテンパー線はその表面に酸化ス
ケールが存在する。このため表面の潤滑性が向上し、コ
イリング時の疵の発生、線の潰れはない。しかし折損が
発生しやすくなり、Ｄ／ｄ＝５の時、φ３．２ｍｍの線
材で約５％の高い折損率となる。また硬度がＨｖ５８０
以上あるので熱処理は低温焼鈍しとなる。
線材は、引張り強さσb ＝１９６０〜２１６０Ｎ／ｍｍ
2 となり、伸線はφ３．２ｍｍの線材で絞りが約４０％
程度である。このオイルテンパー線はその表面に酸化ス
ケールが存在する。このため表面の潤滑性が向上し、コ
イリング時の疵の発生、線の潰れはない。しかし折損が
発生しやすくなり、Ｄ／ｄ＝５の時、φ３．２ｍｍの線
材で約５％の高い折損率となる。また硬度がＨｖ５８０
以上あるので熱処理は低温焼鈍しとなる。
【００１６】本発明の製造方法では、冷間伸線をオイル
テンパー処理しさらに焼鈍しした焼鈍し線としている。
この焼鈍し線は、その引張強度がσb ＝１３７０〜１６
７０Ｎ／ｍｍ2 であり、φ３．２ｍｍの線材で伸線の絞
りが約５０％程度となる。線材の表面には酸化スケール
が存在し、オイルテンパー線より良好なコイリング性を
示す。
テンパー処理しさらに焼鈍しした焼鈍し線としている。
この焼鈍し線は、その引張強度がσb ＝１３７０〜１６
７０Ｎ／ｍｍ2 であり、φ３．２ｍｍの線材で伸線の絞
りが約５０％程度となる。線材の表面には酸化スケール
が存在し、オイルテンパー線より良好なコイリング性を
示す。
【００１７】この焼戻し線は、冷間でコイリング成形さ
れて、焼入れ焼戻し処理により高強度とされるとともに
ばねに生じている残留応力や残留歪みが除去され、その
後座面研削が施される。次の工程でコイルばねは窒化処
理される。この窒化処理は、従来と同じもので例えばア
ンモニア雰囲気中に４２０から５５０℃で約２４時間処
理することにより所定の窒化層を形成できる。得られる
窒化処理層は従来材のＳＷＯＳＣ−Ｖ鋼材よりも硬い表
面が形成できる。また窒化により次の工程のショットピ
ーニングにより表面のみならず内部にも大きな圧縮残留
応力が形成されやすくなる。そのため耐疲労度が増す。
又従来材のＳＷＯＳＣ−Ｖ鋼材よりも今回使用した合金
鋼のほうが、より深くより強く圧縮残留応力が形成され
る。
れて、焼入れ焼戻し処理により高強度とされるとともに
ばねに生じている残留応力や残留歪みが除去され、その
後座面研削が施される。次の工程でコイルばねは窒化処
理される。この窒化処理は、従来と同じもので例えばア
ンモニア雰囲気中に４２０から５５０℃で約２４時間処
理することにより所定の窒化層を形成できる。得られる
窒化処理層は従来材のＳＷＯＳＣ−Ｖ鋼材よりも硬い表
面が形成できる。また窒化により次の工程のショットピ
ーニングにより表面のみならず内部にも大きな圧縮残留
応力が形成されやすくなる。そのため耐疲労度が増す。
又従来材のＳＷＯＳＣ−Ｖ鋼材よりも今回使用した合金
鋼のほうが、より深くより強く圧縮残留応力が形成され
る。
【００１８】ショットピーニング工程は、第１ショット
ピーニング工程と第２ショットピーニング工程からなる
高強度２段階で実施するのが好ましい。このショットピ
ーニング工程により、表面部が窒化処理されて硬化した
コイルばねの表面から内深部に圧縮残留応力を付与す
る。この１段目のショットピーニング工程では、通常径
が０．６〜１．０ｍｍで硬さがＨｖで６００〜８００の
範囲のショットを使用し、インペラー投射で７０〜１０
０ｍ／ｓの速度でおこなう。これにより内部の深い位置
まで圧縮残留応力が形成される。内部の深い位置まで圧
縮残留応力を形成すると表面近くの圧縮残留応力の付与
が不十分になる傾向にある。第２ショットピーニング工
程はこの表面近くの圧縮残留応力の付与を目的とする。
ピーニング工程と第２ショットピーニング工程からなる
高強度２段階で実施するのが好ましい。このショットピ
ーニング工程により、表面部が窒化処理されて硬化した
コイルばねの表面から内深部に圧縮残留応力を付与す
る。この１段目のショットピーニング工程では、通常径
が０．６〜１．０ｍｍで硬さがＨｖで６００〜８００の
範囲のショットを使用し、インペラー投射で７０〜１０
０ｍ／ｓの速度でおこなう。これにより内部の深い位置
まで圧縮残留応力が形成される。内部の深い位置まで圧
縮残留応力を形成すると表面近くの圧縮残留応力の付与
が不十分になる傾向にある。第２ショットピーニング工
程はこの表面近くの圧縮残留応力の付与を目的とする。
【００１９】第２ショットピーニング工程では、使用す
るショットは通常径が０．１５〜０．３ｍｍ程度のもの
で硬さがＨｖで７００〜９００の範囲のものを使用しエ
アー投射で圧力０．３〜０．７ＭＰａでおこなうのが良
い。このショットで表面部の圧縮残留応力が効果的に形
成される。ショットピーニングの後、低温焼鈍を行い異
常な応力を緩和させ、圧縮残留応力を安定させて高耐疲
労で高強度のコイルばねとする。
るショットは通常径が０．１５〜０．３ｍｍ程度のもの
で硬さがＨｖで７００〜９００の範囲のものを使用しエ
アー投射で圧力０．３〜０．７ＭＰａでおこなうのが良
い。このショットで表面部の圧縮残留応力が効果的に形
成される。ショットピーニングの後、低温焼鈍を行い異
常な応力を緩和させ、圧縮残留応力を安定させて高耐疲
労で高強度のコイルばねとする。
【００２０】
【作用】本発明のコイルバネ製造方法で、合金組成を特
定した冷間伸材をオイルテンパー処理し、次いで高温焼
戻しした焼鈍し線を冷間コイリングし、焼入れ焼戻し、
ガス窒化後に高強度２段ショットピーニングと低温焼鈍
をおこなっている。本発明では、線材の合金組成を特定
したこと、冷間コイリングする線材をオイルテンパー処
理し高温焼戻しした焼鈍し線を用い、高強度２段ショッ
トピーニング処理、すなわち、ショットの硬さと径、投
射条件を変えて２段階とすることにより、冷間コイリン
グ時の折損が少なく、従来の方法で製造したコイルばね
に比して硬度、残留応力、耐疲労特性に優れたコイルば
ねが製造できる。
定した冷間伸材をオイルテンパー処理し、次いで高温焼
戻しした焼鈍し線を冷間コイリングし、焼入れ焼戻し、
ガス窒化後に高強度２段ショットピーニングと低温焼鈍
をおこなっている。本発明では、線材の合金組成を特定
したこと、冷間コイリングする線材をオイルテンパー処
理し高温焼戻しした焼鈍し線を用い、高強度２段ショッ
トピーニング処理、すなわち、ショットの硬さと径、投
射条件を変えて２段階とすることにより、冷間コイリン
グ時の折損が少なく、従来の方法で製造したコイルばね
に比して硬度、残留応力、耐疲労特性に優れたコイルば
ねが製造できる。
【００２１】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （実施例）本実施例で使用したばねの線材（ＳＷＡＣＸ
−Ｖ）は、炭素０．６４重量％（以下、％は特に明記さ
れていない限り重量％を意味する。）、珪素１．４３
％、マンガン０．６７％、燐０．０１５％、硫黄０．０
０６％、クロム１．５７％、モリブデン０．５７％、バ
ナジウム０．２６％、残部鉄とからなる合金鋼を、疵加
工、熱間圧延、皮むき、焼鈍しの各処理した後、冷間伸
線し、オイルテンパー処理し高温焼戻して焼鈍し線とし
たものである。この焼鈍し線は引張り強度σв＝１，５
７０Ｎ／ｍｍ2 で線の表面状況は酸化スケールで覆われ
ていた。
−Ｖ）は、炭素０．６４重量％（以下、％は特に明記さ
れていない限り重量％を意味する。）、珪素１．４３
％、マンガン０．６７％、燐０．０１５％、硫黄０．０
０６％、クロム１．５７％、モリブデン０．５７％、バ
ナジウム０．２６％、残部鉄とからなる合金鋼を、疵加
工、熱間圧延、皮むき、焼鈍しの各処理した後、冷間伸
線し、オイルテンパー処理し高温焼戻して焼鈍し線とし
たものである。この焼鈍し線は引張り強度σв＝１，５
７０Ｎ／ｍｍ2 で線の表面状況は酸化スケールで覆われ
ていた。
【００２２】この焼鈍し線を冷間でコイリングし、線径
３．２ｍｍ、コイル中心径２１．２ｍｍ、総巻数６．５
巻、有効巻数４．５巻、自由長５２ｍｍ、ばね定数２
３．５４Ｎ／ｍｍのコイルばねに成形した。その後、８
８０℃で３０分焼入れし、加熱ガスで４３５℃６０分の
焼戻しをおこなった。次いで、座面を研削した。この座
面を研削したコイルばねに、アンモニアガス雰囲気下で
４３５℃、２４時間のガス窒化処理を施した。これによ
りコイル表面に窒化層を形成した。
３．２ｍｍ、コイル中心径２１．２ｍｍ、総巻数６．５
巻、有効巻数４．５巻、自由長５２ｍｍ、ばね定数２
３．５４Ｎ／ｍｍのコイルばねに成形した。その後、８
８０℃で３０分焼入れし、加熱ガスで４３５℃６０分の
焼戻しをおこなった。次いで、座面を研削した。この座
面を研削したコイルばねに、アンモニアガス雰囲気下で
４３５℃、２４時間のガス窒化処理を施した。これによ
りコイル表面に窒化層を形成した。
【００２３】その後、高強度２段ショットピーニング処
理を施した。第１段のショットピーニングは、φ０．８
ＲＣＷ、Ｈｖ７２０のショット玉を使用し、７０m/s の
条件でインペラー投射（３０分間）のショットピーニン
グを実施した。次いで、第２段のショットピーニングを
実施した。第２段ショットピーニングは、φ０．２５Ｒ
ＣＷ、Ｈｖ８００のショット玉を使用し、エアー投射圧
力０．５ＭＰａの条件で（３０分間）ショットピーニン
グを実施した。
理を施した。第１段のショットピーニングは、φ０．８
ＲＣＷ、Ｈｖ７２０のショット玉を使用し、７０m/s の
条件でインペラー投射（３０分間）のショットピーニン
グを実施した。次いで、第２段のショットピーニングを
実施した。第２段ショットピーニングは、φ０．２５Ｒ
ＣＷ、Ｈｖ８００のショット玉を使用し、エアー投射圧
力０．５ＭＰａの条件で（３０分間）ショットピーニン
グを実施した。
【００２４】次いで２２５℃で３０分間の低温焼なまし
を実施して異常に大きな内部歪みを除去し、コイル表面
に圧縮残留応力を付与して本実施例のコイルばねを得
た。 （比較例１）本例は、実施例で使用した合金鋼に代えて
ＪＩＳ規格のＳＷＯＳＣ−Ｖ鋼材（炭素０．５６重量
％、珪素１．４２％、マンガン０．６５％、燐０．００
８％、硫黄０．００９％、クロム０．６７％、残部鉄）
を冷間伸線し、その後焼き入れ、焼き戻し処理し、引張
り強度σв＝１，９５０Ｎ／ｍｍ2 の合金鋼オイルテン
パー線としたものを使用した。そして次の工程を経てコ
イルばねを製造した。
を実施して異常に大きな内部歪みを除去し、コイル表面
に圧縮残留応力を付与して本実施例のコイルばねを得
た。 （比較例１）本例は、実施例で使用した合金鋼に代えて
ＪＩＳ規格のＳＷＯＳＣ−Ｖ鋼材（炭素０．５６重量
％、珪素１．４２％、マンガン０．６５％、燐０．００
８％、硫黄０．００９％、クロム０．６７％、残部鉄）
を冷間伸線し、その後焼き入れ、焼き戻し処理し、引張
り強度σв＝１，９５０Ｎ／ｍｍ2 の合金鋼オイルテン
パー線としたものを使用した。そして次の工程を経てコ
イルばねを製造した。
【００２５】まず、このオイルテンパー線を、前記実施
例の焼入れ焼戻しに代えて低温焼鈍しを４２５℃で３０
分間おこなった。その後座面を研削した。その後、窒化
処理することなくショットピーニングをショット玉φ
０．８ＲＣＷ、Ｈｖ５５０でインペラー投射で７０ｍ／
ｓの速度でおこなった。次いで２２５℃３０分の低温焼
鈍しをおこなった。
例の焼入れ焼戻しに代えて低温焼鈍しを４２５℃で３０
分間おこなった。その後座面を研削した。その後、窒化
処理することなくショットピーニングをショット玉φ
０．８ＲＣＷ、Ｈｖ５５０でインペラー投射で７０ｍ／
ｓの速度でおこなった。次いで２２５℃３０分の低温焼
鈍しをおこなった。
【００２６】（比較例２）本例では、実施例で使用した
のと同じ合金鋼を冷間伸線し、その後焼き入れ、焼き戻
し処理し、実施例と同じ、引張り強度σв＝１，５７０
Ｎ／ｍｍ2 の冷間焼鈍し線としたものを使用した。この
焼鈍し線を高強度２段ショットピーニングを１段ショッ
トピーニングとした以外は実施例と同様の処理をおこな
った。
のと同じ合金鋼を冷間伸線し、その後焼き入れ、焼き戻
し処理し、実施例と同じ、引張り強度σв＝１，５７０
Ｎ／ｍｍ2 の冷間焼鈍し線としたものを使用した。この
焼鈍し線を高強度２段ショットピーニングを１段ショッ
トピーニングとした以外は実施例と同様の処理をおこな
った。
【００２７】ショットピーニングは、ショット玉φ０．
８ＲＣＷ、Ｈｖ５５０でインペラー投射で７０ｍ／ｓの
速度でおこなった。次いで２２５℃３０分の低温焼鈍し
をおこなった。 （ショットピーニングの評価）高強度２段ショットピー
ニングの効果を確認するために実施例と同様にして製造
しショットピーニング条件のみを変えてコイルばねを製
造した。そして得られたコイルばねの残留応力のピーク
値とクロシングポイントおよびコイルばねの表面粗さを
調べた。なお、基準値としてショットピーニングを行っ
ていない窒化処理しただけのコイルばねの値を用いた。
８ＲＣＷ、Ｈｖ５５０でインペラー投射で７０ｍ／ｓの
速度でおこなった。次いで２２５℃３０分の低温焼鈍し
をおこなった。 （ショットピーニングの評価）高強度２段ショットピー
ニングの効果を確認するために実施例と同様にして製造
しショットピーニング条件のみを変えてコイルばねを製
造した。そして得られたコイルばねの残留応力のピーク
値とクロシングポイントおよびコイルばねの表面粗さを
調べた。なお、基準値としてショットピーニングを行っ
ていない窒化処理しただけのコイルばねの値を用いた。
【００２８】高強度２段ショットピーニングの第１段目
の投射条件をかえてショット玉の硬さと投射速度の効果
をピーク値、クロシングポイント、表面粗さで調べた結
果を図１〜３に示す。図１のピーク値は投射速度を７０
ｍ／ｓ、１００ｍ／ｓ、１３０ｍ／ｓと上げるとショッ
ト玉の硬度がＨｖ＝７２０ではピーク値が−１０５０、
−１０３０、−１１５０ＭＰａとなり投射速度に係わら
ずピーク値は略一定で、窒化処理のみのものに比べて向
上している。ところがショット玉の硬度がＨｖ＝５５０
では投射速度７０ｍ／ｓで−８８０ＭＰａと窒化処理の
みのものが−７８０ＭＰａであり効果が少ない。
の投射条件をかえてショット玉の硬さと投射速度の効果
をピーク値、クロシングポイント、表面粗さで調べた結
果を図１〜３に示す。図１のピーク値は投射速度を７０
ｍ／ｓ、１００ｍ／ｓ、１３０ｍ／ｓと上げるとショッ
ト玉の硬度がＨｖ＝７２０ではピーク値が−１０５０、
−１０３０、−１１５０ＭＰａとなり投射速度に係わら
ずピーク値は略一定で、窒化処理のみのものに比べて向
上している。ところがショット玉の硬度がＨｖ＝５５０
では投射速度７０ｍ／ｓで−８８０ＭＰａと窒化処理の
みのものが−７８０ＭＰａであり効果が少ない。
【００２９】図２にクロッシングポイントとショット玉
の投射速度の関係を示す。ショット玉の硬度Ｈｖが５５
０では、投射速度を上げてもクロッシングポイントが本
発明の６５０〜８５０の範囲の７２０に比べて深くなら
ず効果が小さい。図３に表面粗さと投射速度の関係を示
す。ショット玉の投射速度を１３０ｍ／ｓにすると被処
理材の表面が粗くなりすぎるが、投射速度が１２０ｍ／
ｓまでは粗さＲz はほぼ一定である。
の投射速度の関係を示す。ショット玉の硬度Ｈｖが５５
０では、投射速度を上げてもクロッシングポイントが本
発明の６５０〜８５０の範囲の７２０に比べて深くなら
ず効果が小さい。図３に表面粗さと投射速度の関係を示
す。ショット玉の投射速度を１３０ｍ／ｓにすると被処
理材の表面が粗くなりすぎるが、投射速度が１２０ｍ／
ｓまでは粗さＲz はほぼ一定である。
【００３０】第２段目のショットの投射速度および投射
条件と残留応力ピーク値の関係を図４、図５に示す。イ
ンペラー投射では速度を１００ｍ／ｓ以上でないとピー
ク値が上がらない。また１００ｍ／ｓ以上では設備上連
続操業が困難である。エアー投射は、圧力の変化に対し
てピーク値が変化が小さく効率がよい。 （コイルばねの硬さ）前記実施例、比較例１および比較
例２で得られた３種類のコイルばねについてそれらの表
面から深部にかけてのビッカース硬度を測定した。この
測定は各コイルばねを切断し、断面上で表面から深部に
向かってビッカース硬さを測定した。測定結果を図６に
示す。本実施例のコイルばねのビッカース硬さ（Ｈｖ）
と表面からの深さとの関係を△と実線で示す。同じよう
に比較例１および比較例２のコイルばねのビッカース硬
さ（Ｈｖ）と表面からの深さとの関係を□と○と実線で
示した。深さ１ｍｍの硬さは実施例がＨｖ５７２、比較
例１がＨｖ５４８であった。また、深さ１．６ｍｍの硬
さでは、実施例がＨｖ５７８、比較例１がＨｖ５２７、
比較例２がＨｖ５８０であった。
条件と残留応力ピーク値の関係を図４、図５に示す。イ
ンペラー投射では速度を１００ｍ／ｓ以上でないとピー
ク値が上がらない。また１００ｍ／ｓ以上では設備上連
続操業が困難である。エアー投射は、圧力の変化に対し
てピーク値が変化が小さく効率がよい。 （コイルばねの硬さ）前記実施例、比較例１および比較
例２で得られた３種類のコイルばねについてそれらの表
面から深部にかけてのビッカース硬度を測定した。この
測定は各コイルばねを切断し、断面上で表面から深部に
向かってビッカース硬さを測定した。測定結果を図６に
示す。本実施例のコイルばねのビッカース硬さ（Ｈｖ）
と表面からの深さとの関係を△と実線で示す。同じよう
に比較例１および比較例２のコイルばねのビッカース硬
さ（Ｈｖ）と表面からの深さとの関係を□と○と実線で
示した。深さ１ｍｍの硬さは実施例がＨｖ５７２、比較
例１がＨｖ５４８であった。また、深さ１．６ｍｍの硬
さでは、実施例がＨｖ５７８、比較例１がＨｖ５２７、
比較例２がＨｖ５８０であった。
【００３１】鋼材ＳＷＯＳＣ−Ｖの比較例１の非窒化ば
ねに対して、鋼材ＳＷＡＣＸ−Ｖの窒化ばねの比較例２
と実施例は表面近傍で大幅に硬さが向上している。 （コイルばねの残留応力分布）前記実施例、比較例１お
よび比較例２で得られた３種類のコイルばねについてそ
の表面から深さ方向に残留応力の分布を測定した。その
結果を図７に示す。図７においても、本実施例のコイル
ばねの残留応力（ＭＰａ）と表面からの深さとの関係を
△と実線で、比較例１および比較例２のコイルばねの残
留応力（ＭＰａ）と表面からの深さとの関係をを□と○
と実線で示した。
ねに対して、鋼材ＳＷＡＣＸ−Ｖの窒化ばねの比較例２
と実施例は表面近傍で大幅に硬さが向上している。 （コイルばねの残留応力分布）前記実施例、比較例１お
よび比較例２で得られた３種類のコイルばねについてそ
の表面から深さ方向に残留応力の分布を測定した。その
結果を図７に示す。図７においても、本実施例のコイル
ばねの残留応力（ＭＰａ）と表面からの深さとの関係を
△と実線で、比較例１および比較例２のコイルばねの残
留応力（ＭＰａ）と表面からの深さとの関係をを□と○
と実線で示した。
【００３２】図７より明らかなように、実施例の高強度
２段ショットピーニングを実施したコイルばねは比較例
のコイルばねに対して表面での大きな残留応力値を示し
ている。 （コイルばねの耐久限界）前記実施例、比較例１および
比較例２で得られた３種類のコイルばねについての耐久
限界を星型疲労試験機で調べた。試験では、実施例およ
び比較例２のコイルばねについては平均応力σｍ＝６８
７ＭＰａ、試験回数Ｎ＝５×１０7 回打ち切りとし、比
較例１のコイルばねについては平均応力σｍ＝５８９Ｍ
Ｐａ、試験回数Ｎ＝５×１０7 回打ち切りとした。試験
は各応力振幅に対する折損回数を調べ、８個中８個が折
損しない最大応力振幅で耐久限を測定した。疲労試験結
果を図８および図９に示す。
２段ショットピーニングを実施したコイルばねは比較例
のコイルばねに対して表面での大きな残留応力値を示し
ている。 （コイルばねの耐久限界）前記実施例、比較例１および
比較例２で得られた３種類のコイルばねについての耐久
限界を星型疲労試験機で調べた。試験では、実施例およ
び比較例２のコイルばねについては平均応力σｍ＝６８
７ＭＰａ、試験回数Ｎ＝５×１０7 回打ち切りとし、比
較例１のコイルばねについては平均応力σｍ＝５８９Ｍ
Ｐａ、試験回数Ｎ＝５×１０7 回打ち切りとした。試験
は各応力振幅に対する折損回数を調べ、８個中８個が折
損しない最大応力振幅で耐久限を測定した。疲労試験結
果を図８および図９に示す。
【００３３】本実施例の方法で製造されたコイルばねの
耐久限τｍは６８７（平均応力）±５７０ＭＰａ（図
９）であった。また、比較例１のコイルばねの耐久限τ
ｍは５８９（平均応力）±４１５ＭＰａ（図８）、比較
例２のコイルばねの耐久限τｍは６８７（平均応力）±
５０５ＭＰａ（図９）であった。このように、本実施例
のコイルばねは比較例２のコイルばねより耐久限が＋６
５ＭＰａ（平均応力σｍ＝６８７ＭＰａ）も大きかっ
た。
耐久限τｍは６８７（平均応力）±５７０ＭＰａ（図
９）であった。また、比較例１のコイルばねの耐久限τ
ｍは５８９（平均応力）±４１５ＭＰａ（図８）、比較
例２のコイルばねの耐久限τｍは６８７（平均応力）±
５０５ＭＰａ（図９）であった。このように、本実施例
のコイルばねは比較例２のコイルばねより耐久限が＋６
５ＭＰａ（平均応力σｍ＝６８７ＭＰａ）も大きかっ
た。
【００３４】なお、比較例１のコイルばねと比較例２の
コイルばねの耐久限の大きい差異は、合金鋼組成の違い
と窒化処理の有無の相違に起因するものと思われる。実
施例のコイルばねと比較例２のコイルばねの耐久限の差
異は、実施例のコイルばねでは高強度２段ショットピー
ニングを施したことによる効果と考えられる。
コイルばねの耐久限の大きい差異は、合金鋼組成の違い
と窒化処理の有無の相違に起因するものと思われる。実
施例のコイルばねと比較例２のコイルばねの耐久限の差
異は、実施例のコイルばねでは高強度２段ショットピー
ニングを施したことによる効果と考えられる。
【００３５】
【発明の効果】本発明の高強度ばねの製造方法では、オ
イルテンパー線を高温焼戻した焼鈍し線を使用してい
る。このため冷間コイリング時の折損がすくない。ま
た、合金鋼の材質を特定し、冷間コイリング後に焼入れ
焼戻し、窒化およびその後の高強度２段ショトピーニン
グを実施している。このためコイルばねの最表面部分に
は大きな圧縮残留応力が付与されかつ深部にまで圧縮残
留応力が付与されている。このため本発明の高強度ばね
の製造方法では、耐疲労性と耐久性とが向上したコイル
ばねが製造できる。
イルテンパー線を高温焼戻した焼鈍し線を使用してい
る。このため冷間コイリング時の折損がすくない。ま
た、合金鋼の材質を特定し、冷間コイリング後に焼入れ
焼戻し、窒化およびその後の高強度２段ショトピーニン
グを実施している。このためコイルばねの最表面部分に
は大きな圧縮残留応力が付与されかつ深部にまで圧縮残
留応力が付与されている。このため本発明の高強度ばね
の製造方法では、耐疲労性と耐久性とが向上したコイル
ばねが製造できる。
【図１】この図は、高強度２段ショットピーニングにお
いて投射速度とピーク値の関係を示すグラフである。
いて投射速度とピーク値の関係を示すグラフである。
【図２】この図は、高強度２段ショットピーニングにお
いて投射速度とクロシィングポイントの関係を示すグラ
フである。
いて投射速度とクロシィングポイントの関係を示すグラ
フである。
【図３】この図は、高強度２段ショットピーニングにお
いて投射速度と表面粗さの関係を示すグラフである。
いて投射速度と表面粗さの関係を示すグラフである。
【図４】この図は、高強度２段ショットピーニングにお
いてインペラー投射速度とピーク値の関係を示すグラフ
である。
いてインペラー投射速度とピーク値の関係を示すグラフ
である。
【図５】この図は、高強度２段ショットピーニングにお
いてエアー投射速度とピーク値の関係を示すグラフであ
る。
いてエアー投射速度とピーク値の関係を示すグラフであ
る。
【図６】実施例および比較例のばね硬さ分布を示すグラ
フである。
フである。
【図７】実施例および比較例の残留応力分布を示すグラ
フである。
フである。
【図８】比較例１の疲労試験結果を示すグラフである。
【図９】実施例と比較例２の疲労試験結果を示すグラフ
である。
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/26 Ｃ２２Ｃ 38/26 (72)発明者 伊沢 佳伸 愛知県愛知郡東郷町大字春木字蛭池１番 地 株式会社東郷製作所内 (72)発明者 近藤 覚 愛知県愛知郡東郷町大字春木字蛭池１番 地 株式会社東郷製作所内 (72)発明者 中野 修 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 柳瀬 雅人 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 新日本製鐵株式会社内 (72)発明者 鎗田 博 千葉県習志野市東習志野７丁目５番１号 鈴木金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−107746（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−177544（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−177318（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−142113（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−133350（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−217421（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−148537（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21D 7/06,9/02 B24C 1/10 F16F 1/02
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｃ；０．５５〜０．７５重量％と、Ｓ
ｉ；１．００〜２．５０重量％と、次の第一金属群を構
成するＭｎ；０．３０〜１．５０重量％、Ｎｉ；１．０
０〜４．００重量％、Ｃｒ；０．５０〜２．５０重量％
およびＭｏ；０．１０〜１．００重量％より選ばれる少
なくとも２種の第一金属と、次の第二金属群を構成する
Ｖ；０．０５〜０．６０重量％およびＮｂ；０．０５〜
０．６０重量％の少なくとも１種の第二金属とを含有
し、残部は実質的にＦｅからなり、 冷間伸線した線材をオイルテンパー処理し、その後、高
温焼戻して引張強度σ b ＝１３７０〜１６７０Ｎ／ｍｍ
2 の焼鈍し線材とし、この焼鈍し線材を冷間コイリン
グ、焼入れ焼戻し、研削、ガス窒化、高強度２段ショッ
トピーニング、低温焼鈍を順次おこなうことを特徴とす
るコイルばねの製造方法。 - 【請求項２】 高強度２段ショットピーニングは、Ｈｖ
６５０〜８５０、φ０．６〜１．０ＲＣＷのショット玉
を速度７０〜１００ｍ／ｓでインペラー投射する第１シ
ョットピーニングと、Ｈｖ７００〜９００、φ０．１５
〜０．３ＲＣＷまたはＳＢのショット玉をエア圧力０．
３〜０．７ＭＰａでエアー投射する第２ショットピーニ
ングとからなる請求項１記載のコイルばねの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17712194A JP3173756B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | コイルばねの製造方法 |
| US08/507,926 US5665179A (en) | 1994-07-28 | 1995-07-27 | Process for producing a coil spring |
| DE69513236T DE69513236T2 (de) | 1994-07-28 | 1995-07-28 | Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder |
| EP95111930A EP0694621B1 (en) | 1994-07-28 | 1995-07-28 | Process for producing a coil spring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17712194A JP3173756B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | コイルばねの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0841533A JPH0841533A (ja) | 1996-02-13 |
| JP3173756B2 true JP3173756B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=16025537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17712194A Expired - Fee Related JP3173756B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | コイルばねの製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5665179A (ja) |
| EP (1) | EP0694621B1 (ja) |
| JP (1) | JP3173756B2 (ja) |
| DE (1) | DE69513236T2 (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3998733B2 (ja) * | 1995-10-20 | 2007-10-31 | 日本発条株式会社 | 高耐へたり高耐疲労コイルばね |
| US6022427A (en) * | 1997-02-08 | 2000-02-08 | Fried Krupp | Method for producing helical springs |
| JPH10251748A (ja) * | 1997-03-12 | 1998-09-22 | Chuo Spring Co Ltd | 耐久性に優れた弁ばねの製造方法 |
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